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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet des chemisch-mechanischen
Polierens (CMP). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
ein CMP-Kissen mit Rillen, die den Aufschlämmungsverbrauch vermindern.
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Bei
der Herstellung integrierter Schaltungen und anderer elektronischer
Vorrichtungen auf einem Halbleiterwafer werden mehrere Schichten
von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien auf
dem Wafer abgeschieden und von diesem weggeätzt. Dünne
Schichten dieser Materialien können mit einer Anzahl von Abscheidungstechniken
abgeschieden werden. Gebräuchliche Abscheidungstechniken
bei der modernen Waferverarbeitung umfassen eine physikalische Dampfabscheidung
(PVD) (auch als Sputtern bekannt), eine chemische Dampfabscheidung
(CVD), eine Plasma-unterstützte chemische Dampfabscheidung
(PECVD) und ein elektrochemisches Plattieren. Gebräuchliche Ätztechniken
umfassen unter anderem isotropes und anisotropes Nass- und Trockenätzen.
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Da
Schichten von Materialien aufeinander folgend abgeschieden und geätzt
werden, wird die Oberfäche des Wafers nicht-planar. Da
eine nachfolgende Halbleiterverarbeitung (z. B. eine Photolithographie)
erfordert, dass der Wafer eine flache Oberfläche aufweist,
muss der Wafer periodisch planarisiert werden. Die Planarisierung
ist zur Entfernung einer unerwünschten Oberflächentopographie
sowie von Oberflächendefekten, wie z. B. rauen Oberflächen,
agglomerierten Materialien, Kristallgitterbeschädigungen,
Kratzern und kontaminierten Schichten oder Materialien, nützlich.
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Das
chemisch-mechanische Planarisieren oder chemisch-mechanische Polieren
(CMP) ist eine gebräuchliche Technik, die zum Planarisieren
von Halbleiterwafern und anderen Werkstücken verwendet
wird. Bei dem herkömmlichen CMP unter Verwendung einer
sich drehenden Zweiachsen-Poliervorrichtung wird ein Waferträger
oder Polierkopf auf einer Trägeranordnung montiert. Der
Polierkopf hält den Wafer und positioniert ihn in Kontakt
mit einer Polierschicht eines Polierkissens innerhalb der Poliervorrichtung.
Das Polierkissen weist einen Durchmesser auf, der größer
ist als der doppelte Durchmesser des planarisierten Wafers. Während
des Polierens werden das Polierkissen und der Wafer um ihre jeweiligen
konzentrischen Zentren gedreht, während der Wafer mit der
Polierschicht in Eingriff ist. Die Drehachse des Wafers ist bezogen
auf die Drehachse des Polierkissens um einen Abstand verschoben,
der größer ist als der Radius des Wafers, so dass
die Drehung des Kissens auf der Polierschicht des Kissens eine ringförmige „Waferbahn"
abträgt. Wenn die einzige Bewegung des Wafers eine Drehbewegung
ist, ist die Breite der Waferbahn mit dem Durchmesser des Wafers identisch.
In manchen Zweiachsen-Poliervorrichtungen wird der Wafer jedoch
in einer Ebene senkrecht zu dessen Drehachse oszillieren gelassen.
In diesem Fall ist die Breite der Waferbahn um einen Betrag, der
auf die Verschiebung aufgrund der Oszillation zurückzuführen
ist, größer als der Durchmesser des Wafers. Die Trägeranordnung
stellt einen steuerbaren Druck zwischen dem Wafer und dem Polierkissen
bereit. Während des Polierens wird eine Aufschlämmung
oder ein anderes Poliermedium auf das Polierkissen und in den Spalt zwischen
dem Wafer und der Polierschicht fließen gelassen. Die Waferoberfläche
wird durch die chemische und mechanische Wirkung der Polierschicht
und des Poliermediums auf der Oberfläche poliert und planarisiert.
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Die
Wechselwirkung zwischen Polierschichten, Poliermedien und Waferoberflächen
während des CMP wird in dem Bemühen, die Polierkissengestaltungen
zu optimieren, mehr und mehr untersucht. Die meisten der Polierkissenentwicklungen
in den vergangenen Jahren waren empirischer Natur. Ein großer
Teil der Gestaltung von Polieroberflächen oder von Schichten
hat sich auf die Ausstattung dieser Schichten mit verschiedenen
Strukturen von Hohlräumen und Anordnungen von Rillen, bei
denen davon ausgegangen wird, dass sie die Nutzung der Aufschlämmung
und die Einheitlichkeit des Polierens verbessern, konzentriert.
In den vergangenen Jahren wurden nur wenige verschiedene Rillen-
und Hohlraumstrukturen und -anordnungen realisiert. Rillenstrukturen
des Standes der Technik umfassen unter anderem radiale Strukturen,
konzentrisch-kreisförmige Strukturen, kartesische Gitterstrukturen
und Spiralstrukturen. Rillenkonfigurationen des Standes der Technik
umfassen Konfigurationen, bei denen die Breite und die Tiefe aller
Rillen bei allen Rillen einheitlich sind, und Konfigurationen, bei
denen die Breite oder die Tiefe der Rillen von einer Rille zur nächsten variieren.
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Tatsächlich
basieren die meisten Rillenstrukturen auf einer spekulativen Beurteilung
dahingehend, wie der Aufschlämmungsstrom auf verschiedene
Rilleneigenschaften, wie z. B. die Rillenkrümmung und den
Rillenquerschnitt, reagiert. Diese Eigenschaften spielen häufig
eine essentielle Rolle bei der Beeinflussung der Wanderung der abgegebenen
Aufschlämmung durch die Zentripetalkraft, die durch die
rotierende Poliervorrichtung bewirkt wird. Wenn sich die Rillenausrichtung
von mehr kreisförmig zu mehr radial ändert, nimmt
die Wanderung der abgegebenen Aufschlämmung nach außen
zu. Radiale Rillen können z. B. das stärkste radiale Ausströmen
der abgegebenen Aufschlämmung dadurch verursachen, dass
sie wie Kanäle wirken, welche die Flüssigkeit
vollständig von dem Polierkissen wegleiten. Dieses Ausströ men
hat dadurch einen negativen Einfluss auf den Poliervorgang, dass
ein übermäßiges Erwärmen von
Kontaktpunkten zwischen dem Polierkissen und der Waferoberfläche
ermöglicht wird, wodurch Probleme wie z. B. eine schlechte
Polierleistung und ein größerer Kissenverschleiß verursacht
werden.
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Während
Polierkissen viele verschiedene Rillenstrukturen aufweisen, variiert
die Wirksamkeit dieser Rillenstrukturen von einer Struktur zur nächsten
sowie von Polierverfahren zu Polierverfahren. Polierkissengestalter
sind kontinuierlich auf der Suche nach Rillenstrukturen, welche
die Polierkissen bezogen auf Polierkissengestaltungen des Standes
der Technik effektiver und besser geeignet machen.
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Angabe der Erfindung
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In
einem Aspekt der Erfindung wird ein Polierkissen zur Verwendung
im Zusammenhang mit einem Poliermedium bereitgestellt, das eine
ideale Trajektorie aufweist, die durch die Drehung des Polierkissens während
des Gebrauchs bereitgestellt wird, wobei das Polierkissen umfasst:
eine Polierschicht, die zum Polieren von mindestens einem eines
magnetischen Substrats, optischen Substrats und Halbleitersubstrats
in der Gegenwart eines Poliermediums konfiguriert ist, wobei die
Polierschicht eine kreisförmige Polieroberfläche
mit einer ringförmigen Polierbahn während des
Polierens aufweist, und mindestens eine Rille, die in der Polierschicht
ausgebildet ist und einen orthogonalen Abschnitt aufweist, der sich
innerhalb der Polierbahn befindet, wobei der orthogonale Abschnitt
eine Länge aufweist und so entlang der gesamten Länge
geformt ist, dass er zu der idealen Fluidtrajektorie entlang des
orthogonalen Abschnitts orthogonal ist.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Polierkissen bereitgestellt,
umfassend: eine Polierschicht, die zum Polieren von mindestens einem
eines magnetischen Substrats, optischen Substrats und Halbleitersubstrats
in der Gegenwart eines Poliermediums konfiguriert ist, und mindestens
eine Rille, die in der Polierschicht ausgebildet ist und einen orthogonalen
Abschnitt aufweist, der sich innerhalb der Polierbahn befindet,
wobei der orthogonale Abschnitt eine Länge aufweist und
gemäß der Gleichung
geformt ist, wobei r
o die anfängliche radiale Position
von einem konzentrischen Zentrum des Polierkissens und θ der
Trajektorienwinkel ist.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines Rotationspolierkissens zur Verwendung mit einem Poliermedium
bereitgestellt, umfassend: Festlegen einer Trajektorie für
das Poliermedium, Festlegen einer Rillenform und einer Rillenausrichtung
einer Rille, die in dem Rotationspolierkissen gebildet werden soll,
als eine Funktion der Trajektorie für das Poliermedium,
und Bilden einer Mehrzahl von Rillen, welche die Rillenform und
die Rillenausrichtung aufweisen, in dem Rotationspolierkissen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht auf ein Polierkissen, das gemäß der
vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist,
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht des Polierkissens
von 1 entlang der Linie 2-2 von 1,
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3 ist
eine schematische Draufsicht auf das Polierkissen von 1,
welche die Form einer der Rillen auf dem Kissen relativ zu einer
idealisierten Fluidtrajektorie veranschaulicht,
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4 ist
eine schematische Draufsicht auf ein alternatives Polierkissen,
das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt
worden ist und die Form einer der Rillen auf dem Kissen veranschaulicht,
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5 ist
eine Draufsicht auf das Polierkissen von 4, welche
die vollständige Bildung des Polierkissens zeigt,
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6 ist
eine Draufsicht auf ein weiteres alternatives Polierkissen, das
gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden
ist und die Form einer der Rillen auf dem Kissen veranschaulicht,
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7 ist
eine Draufsicht auf das Polierkissen von 6, welche
die vollständige Bildung des Polierkissens zeigt, und
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8 ist
ein schematisches Diagramm eines Poliersystems gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulichen die 1 und 3 eine
Ausführungsform eines Polierkissens 100, das gemäß der
vorliegenden Offenbarung hergestellt worden ist. Wie es nachstehend
diskutiert wird, ist das Polierkissen 100 so gestaltet,
das die Tendenz eines Poliermediums (nicht gezeigt), wie z. B. einer
Aufschlämmung, zum Wandern nach außen aufgrund
der Zentripetalkraft, die durch die Drehung des Polierkissens 100 während
des Gebrauchs auf das Poliermedium ausgeübt wird, gehemmt
wird. Im Allgemeinen umfasst das Polierkissen 100 eine
Polieroberfläche 104, die eine Mehrzahl von Rillen 108 enthält,
die jeweils eine Rillenform 112 (3) aufweisen,
die mindestens teilweise als Funktion einer Fluidtrajektorie 116 (3)
festgelegt ist, die den mittleren Weg der Bewegung definiert, entlang
dessen sich das Poliermedium bewegen würde, wenn sich das
Polierkissen während des Gebrauchs dreht, wenn die Rillen 108 nicht vorliegen
würden. Insbesondere werden die gesamte Rillenform 112 oder
ein Teil der Rillenform 112 und deren Ausrichtung relativ
zu der Drehrichtung des Polierkissens 100 so ausgewählt,
dass die entsprechende jeweilige Rille 108 orthogonal zur
Fluidtrajektorie 116 ist. Als solche stellen Rillen 108 oder
Abschnitte davon, die orthogonal zur Fluidtrajektorie 116 sind,
ein signifikantes Hemmnis für das Poliermedium bereit,
das über die Polieroberfläche 104 fließt
und von dem Polierkissen 100 abfließt, wodurch
die Verweilzeit des Poliermediums auf dem Kissen erhöht
wird. Erhöhte Verweilzeiten führen zu einem geringeren
Poliermediumverbrauch und daher zu niedrigeren Betriebskosten. Details
verschiedener beispielhafter Geometrien von Rillen 108 sind nachstehend
beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und auch auf die 2 kann
das Polierkissen 100 eine Polierschicht 120 (2)
umfassen, welche die Polieroberfläche 104 bildet.
In einem Beispiel kann die Polierschicht 120 von einer
Trägerschicht 124 gestützt sein, die
integriert mit der Polierschicht 120 oder separat von der
Polierschicht 120 ausgebildet sein kann. Unter erneuter
Bezugnahme auf die 1 weist das Polierkissen 100 typischerweise
eine kreisförmige Scheibenform auf, so dass die Polieroberfläche 104 ein
konzentrisches Zentrum O und einen kreisförmigen Außenumfang 128 aufweist.
Der letztgenannte kann sich bei einem radialen Abstand von O befinden,
wie es durch den Radius RKissen veranschaulicht
ist. Die Polierschicht 120 kann aus jedwedem Material hergestellt
sein, das zum Polieren des polierten Gegenstands, wie z. B. unter
anderem eines Halbleiterwafers, eines Magnetmediengegenstands, wie
z. B. eine Platte einer Computerfestplatte, oder einer Optik, wie
z. B. einer Brechungslinse, einer Reflexionslinse, eines planaren
Reflektors oder eines transparenten planaren Gegenstands, geeignet
ist. Beispiele von Materialien für die Polierschicht 120 umfassen
für Veranschaulichungszwecke und nicht beschränkend
verschiedene Polymerkunststoffe, wie z. B. neben vielen anderen
Polyurethan, Polybutadien, Polycarbonat und Polymethylacrylat.
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Jede
der Mehrzahl von Rillen 108 kann in der Polierschicht 120 in
jedweder geeigneten Weise gebildet werden, wie z. B. durch spanabhebende
Bearbeitung, Formen, usw. In einem Beispiel sind Rillen 108 voneinander
verschieden ausgeprägt und jeweils wiederholt mit einem
konstanten Abstand um das konzentrische Zentrum O angeordnet. Darüber
hinaus kann jede der Mehrzahl von Rillen 108 mit einer
gewünschten Rillenquerschnittsform 132 (2)
ausgebildet sein, um zu einem bestimmten Satz von Gestaltungskriterien
zu passen. In einem Beispiel kann jede der Mehrzahl von Rillen 108 eine
rechteckige Querschnittsform aufweisen, wie sie z. B. durch die
Rillenquerschnittsform 132a gezeigt ist. In einem anderen
Beispiel kann jede Rille 108 einen Rillenquerschnitt 132 aufweisen,
der entlang deren Länge variiert. In einem anderen Beispiel
kann die Querschnittsform 132 von einer Rille 108 zur
nächsten Rille 108 variieren. Der Fachmann kennt
den breiten Bereich und die verschiedenen Anwendungen der Rillenquerschnittsform 132,
die ein Gestaltender auf einem Polierkissen, wie z. B. einem Polierkissen 100,
bereitstellen kann.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf die 3 ist die
gezeigte Fluidtrajektorie 116 eine idealisierte Trajektorie,
die ein Fluid, wie z. B. Wasser, unter dem Einfluss der Drehung
des Polierkissens 100, durchlaufen würde, wenn
die Polieroberfläche 104 fluidabstoßend,
wie z. B. hydrophob, wäre und keinerlei Rillen 108 oder
andere strukturelle Behinderungen von dessen Bewegung umfassen würde.
Die folgende mathematische Ableitung basiert auf dieser idealisierten
Trajektorie. Es sollte jedoch beachtet werden, das die wahre Trajektorie eines
Poliermediums auf einer tatsächlich vorliegenden Kissenoberfläche
aufgrund von Einflüssen verschiedener Faktoren, wie z.
B. der Viskosität des Poliermediums und der Oberflächenspannung,
die in der idealisierten Trajektorie nicht berücksichtigt
sind, von der idealen Trajektorie abweichen kann. Folglich stellt
die Fluidtrajektorie 116 auch die wahre Trajektorie eines
gegebenen Poliermediums dar, wenn das Medium auf die physikalischen
Kräfte, die durch das Polierkissen 100 und die
Drehung des Kissens ausgeübt werden, reagiert. Um die Erläuterung
von Konzepten, die der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegen,
zu vereinfachen, wird nachstehend jedoch nur die Mathematik für
die ideale, nicht behinderte Trajektorie detailliert dargestellt.
Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass die vorliegende
Offenbarung nur Rillenformen umfasst, die gemäß der
folgenden Mathematik ausgelegt sind. Im Gegenteil soll die vorliegende
Offenbarung tatsächlich vorliegende Fluidtrajektorien während
der Drehung eines äquivalenten rillenlosen Kissens umfassen,
und zwar ungeachtet davon, ob diese Trajektorien durch das folgende
mathematische Modell einer idealen Trajektorie definiert sind oder
nicht.
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Aus
Gründen der Zweckmäßigkeit kann die Fluidtrajektorie 116 durch
eine Mehrzahl von Punkten mit Polarkoordinaten definiert werden,
die eine radiale Position r und einen Trajektorienwinkel θ angeben,
wie z. B. den Punkt 136 (r, θ). Diese Punkte definieren
die Struktur eines idealisierten Poliermediums, wenn es sich unter
dem Einfluss der Winkelgeschwindigkeit Ωp des
Polierkissens 100 auf der Polieroberfläche 104 auswärts bewegt.
In diesem Beispiel ist die Fluidtrajektorie 116 die Variation
der Winkelverschiebung Δθ, wenn die radiale Position
r des Poliermediums bezüglich des konzentrischen Zentrums
O zunimmt.
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Im
Allgemeinen wird das Poliermedium kontinuierlich beschleunigt, wenn
die radiale Position r bezüglich des konzentrischen Zentrums
zunimmt. Die Fluidtrajektorie 116 kann auf die Winkelgeschwindigkeit νr des Poliermediums bezogen sein, wenn sich
das Medium von dem konzentrischen Zentrum O auswärts bewegt. Die
Winkelgeschwindigkeit νr kann als
die Änderung der radialen Position r von dem konzentrischen
Zentrum O beschrieben werden, die bezüglich der Zeit t
gemessen wird, wie es in der Gleichung 1 gezeigt ist.
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Es
ist klar, dass die Zentripetalkraft, die auf das Poliermedium ausgeübt
wird, wenn sich das Polierkissen 100 mit einer konstanten
Winkelgeschwindigkeit Ωp dreht,
eine Beschleunigung a des Poliermediums verursacht, wenn es sich
entlang der Polieroberfläche 104 (die erneut aus
Gründen der Einfachheit des mathematischen Modells als
rillenlos, glatt und fluidabstoßend angenommen wird) auswärts
bewegt. Die Beschleunigung a ist in der Gleichung 2 ausgedrückt.
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Diese
Beschleunigung nimmt mit einer Zunahme der radialen Position r von
dem konzentrischen Zentrum O zu. Die zunehmende Beschleunigung führt
zu einer zunehmenden Winkelgeschwindigkeit νr,
die durch Integrieren der Gleichung 2 und Anwenden eines anfänglichen
Winkelgeschwindigkeitswerts νr =
0, wie er vorliegen würde, wenn das Poliermedium auf die
Polieroberfläche 104 abgegeben wird, ohne eine
anfängliche Winkelgeschwindigkeit νr zu
bewirken, bestimmt werden kann. Das Ergebnis ist in der folgenden
Gleichung 3 gezeigt.
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Daraus
folgt, dass die Variation der radialen Position r bezogen auf die
Zeit t durch Kombinieren der Gleichungen 1 und 3 beschrieben werden
kann, wie es in der Gleichung 4 gezeigt ist, die separiert und integriert
werden kann, um das in der Gleichung 5 gezeigte Ergebnis zu liefern,
wobei C eine Integrationskonstante ist.
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Ferner
kann die Variation der radialen Position r mit der Variation der
Winkelverschiebung Δθ, die bezüglich
der Zeit t gemessen wird, in Zusammenhang gebracht werden, wie es
in den Gleichungen 6 und 7 gezeigt ist.
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Diese
Gleichung, d. h. die Gleichung 7, kann so umgestellt werden, dass
die Variation der Winkelverschiebung Δθ mit der Änderung
der radialen Position r durch Anwenden der Grenzbedingung Δθ =
0, wenn r = ro, definiert wird, wie es in
der Gleichung 8 gezeigt ist. Die Variation der Winkelverschiebung Δθ,
die in der Gleichung 8 beschrieben ist, kann die Struktur eines
Poliermediums bereitstellen, das sich auf der sich drehenden idealisierten
Polieroberfläche 104 unter einer fortlaufenden
Beschleunigung bewegt, wenn die radiale Position r bezüglich
des konzentrischen Zentrums O zunimmt.
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Die
Variation der Winkelverschiebung Δθ kann auch
allgemein als die radiale Position r, z. B. r = r(θ), ausgedrückt
werden, wie es in der Gleichung 9 gezeigt ist. In einem Beispiel
stellt diese Gleichung eine Näherung des Wegs, d. h. der
Fluidtrajektorie 116, eines idealisierten Poliermediums
bereit, wenn sich das Poliermedium frei über die Polieroberfläche 104 bewegt,
ohne die Effekte der Viskosität und der Oberflächenspannung
zu berücksichtigen.
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Im
Hinblick auf das Vorstehende besteht ein Ansatz zur Festlegung der
Rillenform 112 jeder Rille 108 des Polierkissens 100 (1)
darin, mindestens einen signifikanten Abschnitt jeder Rille orthogonal
zur Fluidtrajektorie zu machen, wie es durch die vorstehenden Gleichungen
8 und 9 definiert ist. Auf diese Weise werden die Rillen 108 so
geformt, dass sie der Bewe gung des Poliermediums durch Gegenüberstellen
der verschiedenen Bewegungsstrukturen widerstehen, wie es vorstehend
diskutiert worden ist.
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Zur
Festlegung der Gleichung einer Rillenform, z. B. der Rillenform 112,
orthogonal zu der Fluidtrajektorie 116, ist es nützlich,
die Steigung s der Fluidtrajektorie zu kennen. Im Allgemeinen ist
die Steigung s der Fluidtrajektorie 116, die als Funktion
von Polarkoordinaten θ = θ(r) ausgedrückt
wird, derart, wie es in der Gleichung 10 gezeigt ist.
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Die
Ableitung (Gleichung 10) der Fluidtrajektorie 116 von Gleichung
8 kann zur Bestimmung der Steigung s (Gleichung 12) der Trajektorie 16 verwendet
werden.
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Um
orthogonal zu sein, muss die Steigung s* der Rillenform
112 derart
sein, dass das Produkt aus der Steigung s und der Steigung s* an
allen Punkten der Fluidtrajektorie
116 –1 beträgt.
Daher ist die Steigung s* der Rillenform
112 orthogonal
zu der Fluidtrajektorie
116, die in der Gleichung 13 definiert
ist, wie folgt:
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Die
Steigung s* der Rillenform 112, die durch die Gleichung
13 definiert ist, kann im Zusammenhang mit der Gleichung 10 zur
Bestimmung der Ableitung (Gleichung 14) der orthogonalen Kurve verwendet
werden. Dann kann die orthogonale Trajektorie θ* = θ*(r)
(Gleichung 15) durch Separieren und Integrieren der Gleichung 14
gefunden werden.
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Die
orthogonale Trajektorie kann auch als r* = r*(θ) ausgedrückt
werden, wie es in der Gleichung 16 gezeigt ist, und zwar durch Auflösen
der Gleichung 15 nach r.
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Unter
Bezugnahme auf die 3 und auch auf die 1 kann
die Rille, sobald die Rillenform 112 (3)
so bereitgestellt worden ist, dass sie über mindestens
einem Teil der Länge der entsprechenden Rille 108 orthogonal
zur Fluidtrajektorie 116 ist, in der gewünschten
Weise peripherisch um das Polierkissen 100 wiederholt werden,
wie es z. B. in der 1 gezeigt ist. Obwohl das beste
Halten bzw. Zurückhalten des Poliermediums erreicht werden
kann, wenn sich jede Rille von dem zentralen Abschnitt des Polierkissens 100 zu dem
Außenumfang des Kissens erstreckt, wird davon ausgegangen,
dass es in einigen Ausführungsformen bevorzugt ist, weniger
als die gesamte Länge der Rillen orthogonal zu machen,
d. h. die Fluidtrajektorie mit einem lokalen Winkel zwischen 45
und 135° auszubilden. Im Allgemeinen ist es jedoch bevorzugt,
dass sich der orthogonale Abschnitt jeder Rille über mindestens
50% der Breite der Waferbahn erstreckt, was als 140 in der 1 gezeigt
ist. Beispielsweise ist jede Rille 108, die in der 1 gezeigt
ist, entlang ihrer gesamten Länge orthogonal zur Fluidtrajektorie 116.
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Zum
Zwecke der Veranschaulichung der vorstehend beschriebenen Prinzipien
zeigen die
4 bis
7 alternative
Polierkissen
200,
300, die zwei von vielen alternativen
Rillengestaltungen veranschaulichen, die unter Verwendung dieser
Prinzipien hergestellt werden können. Zunächst
unter Bezugnahme auf die
4 und
5 umfasst
das Polierkissen
200 eine Mehrzahl von Rillen
204 (
5),
die jeweils einen inneren Abschnitt
204A umfassen, der
ungeachtet der Fluidtrajektorie
208 (
4)
geformt ist und einen Nutzen aufweist, der in dem
US-Patent Nr. 6,783,436 ,
Polierkissen
mit optimierten Rillen und Verfahren zu dessen Bildung, erteilt
am 31. August 2004 (Muldowney) beschrieben ist, die hier
einbezogen wird. Jede der Mehrzahl von Rillen
204 (
5)
umfasst auch einen äußeren Abschnitt
204B,
der so geformt ist, dass er zu der Fluidtrajektorie orthogonal ist.
In diesem Beispiel erstreckt sich jeder innere Abschnitt
204A der
Mehrzahl von Rillen
204 von einem Punkt nahe an dem konzentrischen
Zentrum O des Polierkissens
200 zu einem Punkt bei dem
Radius R
1 (
4), hier
zu etwa einem Drittel des Radius des Kissens. Der orthogonale äußere
Abschnitt
204B jeder Rille
204 erstreckt sich
von dem entsprechenden jeweiligen Punkt an dem Radius R
1 zu
dem Radius R
2, wobei es sich bei diesem
Beispiel um den Gesamtradius des Polierkissens
200 handelt.
Wie es in der
5 ersichtlich ist, umfassen
etwa vier Fünftel der Breite W der Waferbahn
212 orthogonale äußere
Abschnitte
204B von Rillen.
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Unter
Bezugnahme auf die
6 und
7 umfasst
das Polierkissen
300 eine Mehrzahl von Rillen
304,
die so konfiguriert sind, dass sie den Rillen
204 von
5 gegenüber
liegen. D. h., anstatt dass sich die orthogonalen Abschnitte der
Rillen von den im Allgemeinen nicht-orthogonalen Abschnitten radial
auswärts erstrecken, ist der innere Abschnitt
304A von
jeder Rille
304 des Polierkissens
300 (
7)
so geformt, dass er sich orthogonal zur Fluidtrajektorie
308 erstreckt
(
6), und der äußere Abschnitt
304B ist
ungeachtet von dessen Orthogonalität zur Fluidtrajektorie
geformt und hat den Nutzen, wie er in dem vorstehend diskutierten
US-Patent Nr. 6,783,436 beschrieben
ist. In diesem Beispiel erstreckt sich jeder orthogonale innere
Abschnitt
304A von einem Punkt auf dem Radius R
1' in der Nähe des konzentrischen
Zentrums O des Polierkissens
300 zu einem Punkt an einem
Radius R
2', wobei es sich in diesem Fall
um etwa zwei Drittel des Gesamtradius des Kissens handelt. Der entsprechende
jeweilige nicht absichtlich orthogonale äußere
Abschnitt
304B erstreckt sich von dem Punkt auf dem Radius
R
2' zu dem äußeren Umfang
des Polierkissens
300. Wie es leicht in der
7 ersichtlich
ist, enthalten etwa zwei Drittel der Breite W' der Waferbahn
312 orthogonale
innere Abschnitte
304A von Rillen
304.
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Während
die nicht absichtlich orthogonalen inneren Abschnitte 204A der
Rillen 204 von 5 und die nicht absichtlich
orthogonalen äußeren Abschnitte 304B der
Rillen 304 von 7 in einer Spiralform gezeigt sind,
muss dies nicht so sein, wie es dem Fachmann bekannt ist. Beispielsweise
können die spiralförmigen Rillen in anderen Ausführungsformen
durch Rillen mit anderen Formen und Ausrichtungen ersetzt werden,
wie z. B. durch gerade und radiale, geringfügig gekrümmte
und radiale, Zickzack-förmige und radiale, Zickzack-förmige
und peripherische, wellenförmige und radiale und wellenförmige
und peripherische, um nur einige wenige zu nennen. Die nicht absichtlich
orthogonalen Abschnitte der Rillen können auch Überlagerungen
von anderen einfacheren Rillenstrukturen sein, wie z. B. kartesische
Gitter oder Überlagerungen von Gittern und kreisförmigen
Strukturen oder Spiralstrukturen. Darüber hinaus können
andere Ausführungsformen andere Gesamtkonfigurationen von
Rillen aufweisen. Beispielsweise können einige Ausführungsformen
Hybride der Polierkissen 200, 300 der 5 und 7 sein.
D. h., alternative Ausführungsformen können Rillen
umfassen, die jeweils einen zentralen Abschnitt, der so geformt
ist, dass er orthogonal zu der relevanten Fluidtrajektorie ist,
und innere und äußere Abschnitte aufweisen, die
nicht absichtlich orthogonal zu der Fluidtrajektorie sind.
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Die 8 veranschaulicht
eine Poliervorrichtung 400, die zur Verwendung mit einem
Polierkissen 404, bei dem es sich um eines der Polierkissen 100, 200, 300 der 1 bis 7 oder
um andere Polierkissen der vorliegenden Offenbarung handeln kann,
zum Polieren eines Gegenstands, wie z. B. eines Wafers 408,
geeignet ist. Die Poliervorrichtung 400 kann eine Platte 412 umfassen,
auf der das Polierkissen 404 montiert ist. Die Platte 412 ist
um eine Drehachse A1 durch eine Plattenantriebseinrichtung (nicht
gezeigt) drehbar. Die Poliervorrichtung 400 kann ferner
einen Waferträger 420 umfassen, der um eine Drehachse
A2, die parallel zur Drehachse A1 der Platte 412 und davon
beabstandet ist, drehbar ist und den Wafer 408 während
des Polierens stützt. Der Waferträger 420 kann
eine Kardanverbindung (nicht gezeigt) umfassen, die es dem Wafer 408 erlaubt,
eine Lage einzunehmen, die sehr geringfügig nicht-parallel
zu der Polieroberfläche 424 des Polierkissens 404 ist,
wobei in diesem Fall die Drehachsen A1, A2 relativ zueinander sehr
geringfügig schief sein können. Der Wafer 408 umfasst
eine polierte Oberfläche 428, die auf die Polieroberfläche 424 gerichtet
ist und während des Polierens planarisiert wird. Der Waferträger 420 kann
von einer Trägerstützanordnung (nicht gezeigt)
gestützt werden, die angepasst ist, den Wafer 408 zu
drehen und eine nach unten gerichtete Kraft F bereitzustellen, um
die polierte Oberfläche 424 gegen das Polierkissen 404 zu
drücken, so dass ein gewünschter Druck zwischen
der polierten Oberfläche und dem Kissen während
des Polierens vorliegt. Die Poliervorrichtung 400 kann
auch einen Poliermediumeinlass 432 zum Zuführen
eines Poliermediums 436 zu der Polieroberfläche 424 umfassen.
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Dem
Fachmann ist klar, dass die Poliervorrichtung 400 andere
Komponenten (nicht gezeigt) umfassen kann, wie z. B. eine Systemsteuereinrichtung,
ein Poliermediumlager- und -abgabesystem, ein Heizsystem, ein Spülsystem
und verschiedene Steuereinrichtungen zum Steuern verschiedener Aspekte
des Poliervorgangs, wie z. B. (1) Geschwindigkeitssteuer- und -auswahleinrichtungen
für eine oder beide der Drehzahlen des Wafers 408 und
des Polierkissens 404, (2) Steuer- und Auswahleinrichtungen
zum Variieren der Geschwindigkeit und der Position des Abgebens
von Poliermedium 436 an das Kissen, (3) Steuer- und Auswahleinrichtungen
zum Steuern der Größe der Kraft F, die zwischen
dem Wafer und dem Polierkissen ausgeübt wird, und (4) Steuer-,
Betätigungs- und Auswahleinrichtungen zum Steuern unter
anderem der Position der Drehachse A2 des Wafers relativ zur Drehachse
A1 des Kissens. Dem Fachmann ist klar, wie diese Komponenten aufgebaut
sind und implementiert werden, so dass deren detaillierte Erläuterung
für den Fachmann nicht erforderlich ist, um die vorliegende
Erfindung zu verstehen und auszuführen.
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Während
des Polierens werden das Polierkissen 404 und der Wafer 408 um
deren jeweilige Drehachsen A1, A2 gedreht und das Poliermedium 436 wird
von dem Poliermediumeinlass 432 auf das sich drehende Polierkissen
abgegeben. Das Poliermedium 436 verteilt sich auf der Polieroberfläche 424,
einschließlich dem Spalt zwischen dem Wafer 408 und
dem Polierkissen 404. Das Polierkissen 404 und
der Wafer 408 werden typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise
bei ausgewählten Geschwindigkeiten von 0,1 U/min bis 850 U/min
ge dreht. Die Kraft F liegt typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise
in einer Größenordnung vor, die so ausgewählt
ist, dass sie einen gewünschten Druck von 0,1 psi bis 15
psi (6,9 bis 103 kPa) zwischen dem Wafer 408 und dem Polierkissen 404 induziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6783436 [0038, 0039]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Polierkissen
mit optimierten Rillen und Verfahren zu dessen Bildung, erteilt
am 31. August 2004 (Muldowney) [0038]